太阳能电池晶片的保护涂层的制作方法

太阳能电池晶片的保护涂层
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求2020年11月19日提交的美国临时专利申请号63/115,989的权益，该临时专利申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
3.本文所述主题的实施例涉及太阳能电池结构和制造工艺。


背景技术：

4.太阳能电池是熟知的用于将光转换成电能的装置。太阳能电池具有正面以及与正面相背对的背面，所述正面在正常操作过程中面向太阳以收集太阳辐射。太阳能电池所接收的太阳辐射产生可用于为外部电路(诸如负载)供电的电荷。
5.太阳能电池可由硅晶片制成。例如，晶片可经过掺杂、金属化、切割等以得到多个太阳能电池。单个太阳能电池可与其他部件诸如玻璃、封装器、背板等电连接和层压以形成太阳能模块。在制造过程中，晶片可能会因机械应力的作用破裂和/或损坏。
6.本发明的实施例涉及为太阳能电池晶片提供保护和机械支撑的保护涂层。


技术实现要素：

7.在一个实施例中，太阳能模块包括多个封装的太阳能电池、设置为朝向太阳能电池的背面的背面层，以及设置为朝向太阳能电池的正面的透明层。保护涂层设置在太阳能电池的表面上。所述保护涂层可包含聚合物。所述保护涂层可为连续的，或者具有带切口的图案(例如，网状图案)，切口暴露太阳能电池的表面。
8.本领域的普通技术人员在阅读包括附图和权利要求书的本公开全文之后，本公开的这些和其他特征对于他们而言将是显而易见的。
附图说明
9.当结合以下附图考虑时，通过参见具体实施方式和权利要求书可以更完全地理解所述主题，其中在所有附图中，类似的附图标记是指类似的元件。附图未按比例绘制。
10.图1示出根据本发明的一个实施例的太阳能电池晶片的正面的平面图。
11.图2至图4示出根据本发明的一个实施例的具有保护涂层的太阳能电池晶片的侧剖视图。
12.图5至图14示出根据本发明的实施例的具有不同设计的保护涂层的太阳能电池晶片。
13.图15至图25示出根据本发明的一个实施例的制造太阳能模块的方法。
具体实施方式
14.在本公开中，提供了许多具体细节，诸如结构、部件、材料和方法的实例，以提供对
本发明的实施例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将会认识到，本发明可在没有所述具体细节中的一者或多者的情况下实施。在其他情况下，未示出或描述为人们所熟知的细节，以避免使本发明的方面模糊不清。
15.为降低制造成本和增加发电量，太阳能电池晶片变得更大更薄。例如，目前可获得的典型太阳能电池晶片的尺寸为约158.75mm x 158.75mm，而下一代太阳能电池晶片的尺寸将为约180mm x 180mm至220mm x 220mm。然而，太阳能电池晶片在变得更大更薄的同时，也会更加脆弱。如下文具体所述，本发明的实施例提供一种保护涂层，所述保护涂层可施加在太阳能电池晶片的表面上以在制造期间提供机械支撑和保护。在一些实施例中，保护涂层保护晶片的活性表面并增加晶片的机械性能。
16.应当理解，由于所述结构部件之间的尺寸差异较大，因此本公开的附图没有按比例绘制。为了图示清晰起见，图中放大了部件尺寸。
17.图1示出根据本发明的一个实施例的太阳能电池晶片100的正(即，光接收)面表面的平面图。在以下描述中，位于晶片100的正面表面上的部件称为正面组件，位于晶片100的背面表面上的部件称为背面或后面部件。
18.在图1的实例中，可从晶片100获得多个太阳能电池101。出于说明的目的，在图1中示出八个太阳能电池101。应当理解，可从太阳能晶片获得的太阳能电池的数量将取决于晶片尺寸、太阳能电池的具体情况和/或其他因素。晶片100显示为具有矩形形状，但是也可具有伪正方形、正方形或其他形状。
19.在一个实施例中，太阳能电池101具有二极管结构。例如，晶片100的正面可具有与晶片100的背面上的p型层形成p-n结的n型层。晶片100可以具有用于电连接到p型层和n型层的金属化(例如，正面和/或后面金属化图案)。可沿着划线切割晶片100以产生太阳能电池101的条带，太阳能电池可以叠盖在一起以形成超能电池，例如在pct际专利公开号wo 2015183827 a2中所述。应当理解，本发明的实施例适用于其他太阳能电池结构和形状。
20.图2和图3示出根据本发明的一个实施例的晶片100的侧剖视图。在一个实施例中，晶片100包含单晶硅。晶片100可以处于刚好在切割步骤之前的制造工艺阶段，即，晶片100被切割成单个太阳能电池101之前。换言之，太阳能电池101已经完成了形成p-n结、金属化和其他结构的p型层和n型层，为了图示清晰起见，未示出这些结构。
21.保护涂层可以形成于太阳能电池或太阳能电池晶片的最外层表面上。在图2的实例中，保护涂层120形成于晶片100的背面(见箭头105)表面上。保护涂层120也可以形成于晶片100的正面(见箭头104)表面上，如图3所示。保护涂层120可以形成于晶片100将在制造期间经由处理的一面上。例如，在晶片100的背面将由抽吸臂或其他处理设备拾取的制造工艺中，保护涂层120可以形成于晶圆100的背面上，如图2所示。在以下描述中，除非另有特别说明，否则保护涂层120可以形成于晶片100的背面、正面或两面。
22.保护涂层120在处理和加工过程中为晶片100提供机械支撑和保护。在一个实施例中，保护涂层120为电介质并且包含聚合物。保护涂层120可以包含热固性材料，例如环氧树脂、丙烯酸酯、硅树脂等。在一些实施例中，在太阳能电池101不会暴露于将导致热塑性材料重塑的温度的情况下，可以采用热塑性材料(例如，聚氨酯、聚酯)。包含热固性材料的保护涂层120可以通过紫外(uv)光、电子束、伽马辐射等方式固化。包含热塑性材料的保护涂层120可在温度冷却之后或在溶液中的溶剂已经蒸发之后形成以成形。在一个实施例中，保护
涂层120形成为具有5-100μm的厚度。
23.保护涂层120可以在晶片100被切割成单个太阳能电池101之前形成于晶片100的表面上。保护涂层120可以通过喷涂、旋涂、孔版/丝网印刷、贴胶、层压、印刷或其他适当的涂覆工艺来施加。通常，用于施加和固化保护涂层120的工艺取决于其材料，并且可以按照材料供应商的建议来执行。
24.当保护涂层形成于晶片100的正面上时，该保护涂层120可以包含透明且具有良好uv防护的材料。形成于晶片100的背面上的保护涂层120具有较低的光学要求。例如，形成于晶片100的背面上的保护涂层120可以包含透明、不透明或半透明的材料。双面太阳能模块可能需要透明的保护涂层120。
25.保护涂层120可以形成于晶片100上以具有如图2和图3所示的基本上光滑的平坦表面。保护涂层120也可以形成于晶片100上以具有如图4的侧剖视图中所示的粗糙表面。该粗糙表面可以有利地增加摩擦以防止在处理过程中打滑。
26.保护涂层120可以是连续层(即，没有图案)、多个单独的层或具有带切口的图案(例如，具有和不具有涂层的交替区域)。保护涂层120可以形成于晶片100的整个或选定的表面上。在以下描述中，保护涂层120被赋予不同的标记，即120-1、120-2等，以区分不同的保护涂层设计。
27.图5示出根据本发明的一个实施例的具有保护涂层的晶片100的透视图。在图5的实例中，除了电接触区域，例如形成导电粘合剂(eca)的区域外，保护涂层120-1于晶片100的整个表面上形成为连续层。如下文具体所述，保护涂层120也可以形成于晶片100的表面上的选定区域中。
28.例如，可以使用掩模或直接沉积技术来图案化保护涂层120。图案化保护涂层120去除了保护涂层120的部分以形成切口，晶片100通过该切口暴露。切口需要较少的保护涂层材料，从而有利地降低制造成本并最大化减小在晶片100上的保护涂层120所增加的重量。
29.图6示出根据本发明的另一个实施例的具有多个保护涂层或涂覆区域的晶片100的平面图。在图6的实例中，每个保护涂层120-2是相对较小(与晶片100的尺寸相比)的矩形层。多个保护涂层120-2布置在晶片100的表面上，使得相邻的保护涂层120-2之间存在暴露下方晶片100的表面的空间。
30.图7示出根据本发明的另一个实施例的具有保护涂层的晶片100的平面图。在图7的实例中，保护涂层120-3是具有多个矩形切口122的层，该切口暴露下方晶片100的表面。
31.图8至图14示出根据本发明的实施例的具有各种图案的保护涂层的太阳能电池101的条带或晶片100的一部分的透视图。图8至图14为了图示清晰起见示出单个太阳能电池的条带，提供了用以容纳用于互连太阳能电池的粘合剂接合区域的示例性保护涂层图案。
32.在图8的实例中，除了形成接触结构130的区域之外，保护涂层120-4覆盖太阳能电池101或晶片100的整个表面。接触结构130提供用于电连接到太阳能电池的表面。在一个实施例中，接触结构130包括接触垫和形成于接触垫顶部的导电粘合剂(eca)。保护涂层120-4一直形成到太阳能电池的边缘(以帮助防止分流)而围绕接触结构130。
33.在图8的实例中，太阳能电池101的后表面的俯视图包括沿着与太阳能电池边缘相
邻的互连接合线延伸的多个接触结构130。“互连接合线”在本文中可用于指包括粘合剂接合区域(例如，接触结构130)的相邻叠盖太阳能电池的端子之间的区域。
34.接触结构130可包括接触垫，该接触垫由导电材料形成，例如元素金属或金属合金(例如，铝、铜、镍、银、金)。可由凸版印刷形成的接触垫可以基本上是平面的。接触垫也可具有粗糙或粗化的表面。在图8的实例中，示出四个接触结构130。然而，可以提供任何适当数量的接触结构130。例如，在一些实施例中，如图10所示提供单个接触结构130。图8中示出的接触结构130的接触垫基本上是矩形的。然而，可以提供任何期望的形状的接触垫。
35.一般而言，保护涂层比接触结构更薄。这允许接触结构突出穿过保护涂层并与电路或另一个太阳能电池进行电连接。例如，在接触结构具有大约40-130μm的厚度的实施例中，只要接触结构比涂层厚度厚，保护涂层就可以具有大约5-100μm的厚度。
36.在图9的实例中，保护涂层120-5是仅部分覆盖晶片100的单个连续层。具有多个接触结构130的区域未被保护涂层120-5覆盖。在图9的实例中，保护涂层120-5并未覆盖晶片100表面上具有多个接触结构130的矩形区域121。保护涂层120-5远离而非围绕接触结构130形成。
37.在图10的实例中，太阳能电池在边缘具有单个纵向接触结构130，而非在边缘具有多个椭圆形或点状接触结构130。在这种情况下，保护涂层120-6形成于晶片100的整个表面上，一直到太阳能电池的边缘，除存在纵向接触结构130的区域之外。
38.在图11的实例中，多个保护涂层120-7布置在晶片100的表面上，使得相邻保护涂层之间存在暴露晶片100的空间。越过接触结构130的保护涂层120-7具有切口，接触结构130突出穿过该切口(参见120-7a)。
39.在图12的实例中，具有网状图案的保护涂层120-8形成于晶片100的表面上。保护涂层120-8具有暴露晶片100的表面和接触结构130的六边形(全部或一半)切125。保护涂层120-8的网状图案也称为蜂窝状。
40.在图13的实例中，具有另一网状图案的保护涂层120-9形成于晶片100的表面上。保护涂层120-9具有暴露晶片100的表面和接触结构130的矩形切口126。
41.在图14的实例中，具有另一网状图案的保护涂层120-10形成于晶片100的表面上。保护涂层120-9具有暴露晶片100的表面和接触结构130的三角形切127。
42.图15至图25示出根据本发明的一个实施例的制造太阳能模块的方法。在图15至图25的实例中，太阳能模块包括太阳能电池，太阳能电池具有如上所述施加于其上的保护涂层。
43.图15示出根据本发明的一个实施例的太阳能电池晶片100的剖视图。图15说明了在晶片100的表面上施加保护涂层120的制造工艺步骤。保护涂层120可以施加在晶片100的正面、背面或两面。在图15的实例中，保护涂层120与形成单个太阳能电池的接触结构的接触垫132形成于晶片100的同一面上。在图15的实例中，保护涂层120和接触垫132形成于晶片100的背面上。保护涂层120和包括接触垫132的接触结构也可以形成于晶片100的相对面上。
44.在图15的实例中，保护涂层120具有容纳划线的图案(见图17，210)。更具体地，该图案具有切口或其他设计，其中激光束可以在不对保护涂层120划线的情况下对晶片100划线。在划线和保护涂层120形成于晶片100的相对面上的实施例中，保护涂层120的图案不需
容纳划线。
45.图16示出说明对保护涂层120进行固化的剖视图。
46.图17示出说明对晶片100进行划线的剖视图。划线步骤可通过以下方式执行：在晶片100上扫描激光束以在其上形成划线210。划线210有助于在随后的工艺步骤中切割晶片100以分离单个太阳能电池101。在图17的实例中，划线210和保护涂层120位于晶片100的背面上。用于划线的激光束不应对保护涂层120划线。当保护涂层120与划线210位于同一面上时，保护涂层210可以具有不覆盖形成划线210的区域的图案。
47.图18示出说明在接触垫132上形成eca层133以形成接触结构130的剖视图。出于说明的目的，图18示出形成于晶片100的同一面上的接触结构130和保护涂层120，其中保护涂层120具有容纳接触结构130的设计。保护涂层120和接触结构130也可以形成于晶片100的相对面上。
48.图19是说明切割晶片100以生产太阳能电池101的单个条带的平面图。晶片100可以沿着划线210切割(图17和图18所示)。例如，晶片100可以沿着划线210抵靠弯曲表面弯曲。为了图示清晰起见，保护涂层120和接触结构130未在图19中示出。
49.图20和图21是说明叠盖太阳能电池101的侧视图。在一个实施例中，叠盖步骤将太阳能电池101串联电连接，以形成超能电池或串联连接的太阳能电池串。如图20所示，在叠盖步骤中，太阳能电池101布置为沿着接合线在相应的接触结构130处重叠(见图20，箭头131；图21)。
50.图21示出叠盖太阳能电池101的重叠部分的放大视图。每个太阳能电池101可以具有电连接到太阳能电池101的相应p型或n型层的接触垫132。eca层133置于重叠的太阳能电池101的接触垫132之间。太阳能电池101的保护层120在与接触结构130形成于同一面时，可以具有允许接触结构130突出的切口或其他设计。
51.图22至图25示出说明将叠盖太阳能电池101作为太阳能模块的一部分并入的剖视图。
52.在图22中，将一片封装剂402置于透明层401上，在一个实施例中，该透明层包括玻璃。继而将太阳能电池101置于该片封装剂402上。太阳能电池101在置于封装剂间之前可进行堆叠。在一个实施例中，太阳能电池101的正面(见箭头104)面向封装剂402和透明层401。
53.在图23中，将一片封装剂406置于太阳能电池101的背面，继而背面层407置于该封装剂406上。封装剂402和封装剂406可包含有机硅、乙烯-乙酸乙烯酯(eva)、聚烯烃弹性体(poe)或光伏行业中常用的其他合适的封装剂。出于说明的目的，本文将封装剂402和封装剂406描述为片。封装剂402和封装剂406也可以是液体封装剂。类似地，背面层407可包括光伏行业中常用的背板，诸如玻璃或塑料膜。背面层407设置为朝向太阳能电池101的背面，而透明层401设置为朝向太阳能电池101的正面。
54.在图24中，将透明层401、封装剂402、叠盖太阳能电池101、封装剂406和背面层407层压以形成太阳能模块450。在图24的实例中，标记“410”表示层压后的封装剂402和封装剂406。可通过在层压机中插入上述部件(如图23中所布置)来执行层压。在图24的实例中，背面层407和透明层401为太阳能模块450的最外层部件。如图25所示，太阳能模块450可包括为太阳能模块提供机械支撑的框架451。
55.虽然已提供了本发明的具体实施例，但是应当理解，这些实施例是出于说明的目
的，而不用于限制。通过阅读本公开，许多另外的实施例对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。